分佈式布里淵光纖感測系統於裂縫監測之應用

Application of Distributed Fiber Brillouin Scattering Measurement System on Crack Detection

李妤翎(Yu-Ling Lee)

指導教授 ： 劉佩玲

國立臺灣大學/工學院/應用力學研究所/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2009.03184

摘要

公共工程通常是定期進行安全檢測，但是災害常無預警發生，而造成重大的人員傷亡。因此如何發展出一套監測系統，以有效監測結構物的狀況，並在可能有危害時發出警訊是未來相當重要的課題。
混凝土結構是最常見之工程結構，其瀕臨破壞時，常發生龜裂現象，因此裂縫偵測對混凝土結構之安全監測一直倍受重視。傳統裂縫檢測方式有很多種，大部分都是定點式量測，且需要人員到現場操作，不但耗費人力和時間，也不能即時監控建築的情況。近年發展的分佈式布里淵光纖檢測系統（BOCDA）具有高解析度，以及分佈式量測的特點。本研究之主旨即研究以BOCDA對混凝土裂縫進行監測之可行性。
由於BOCDA系統為多種儀器所組成，因此有時會發生雜訊掩蓋真正訊號，而導致結果判讀錯誤的情況發生。為提高BOCDA系統之可靠度，本研究對此系統加以改良，新增兩個模組：一為在探測波(probe)端加入衰減器調整模組，利用衰減器控制調整探測波的強度，並自動選擇最佳衰減值，使頻譜強度最強且較集中；二為在測試區前端加入極化最佳化模組，將探測波和泵波(pump)的極化狀態調整至一致，使布里淵增益變大，以提高訊雜比。
本研究將改良之BOCDA系統應用於一混凝土梁之三點彎矩試驗，以偵測裂縫開裂情況。由實驗結果發現，本研究所新增之改良模組確實能大幅提升量測結果的準確性，而且即使由肉眼無法觀測到的裂縫，布里淵頻譜已開始產生變化，由變化的位置和變化量即可推估裂縫產生位置及寬度，利用不同高度鋪設光纖也可知道裂縫增長的情況。由於裂縫的產生無法預期，本研究可提供即時監測，改善傳統量測的困境。並藉由長時間對結構體的量測，可以有效掌握結構體受損的情況。

關鍵字

布里淵散射 ； 光纖檢測 ； 分佈式量測 ； 裂縫

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Brillouin scattering ； optical fiber sensing ； distributed measurment ； crack

參考文獻

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